DE102013218841A1

DE102013218841A1 - Bestimmung der durch einen Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoffmenge basierend auf einer Erwärmung des Kraftstoffes mittels einer elektrischen Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE102013218841A1
Application number: DE201310218841
Authority: DE
Inventors: Stephan Bolz; Martin Götzenberger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-09-20
Also published as: CN104595047A; DE102013218841B4; CN104595047B; US9657662B2; BR102014023179A2; US20150090230A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff beschrieben, wobei der Kraftstoffinjektor eine elektrische Heizeinrichtung zum Erwärmen des Kraftstoffs und eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen der Temperatur des erwärmten Kraftstoffs aufweist. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Beaufschlagen (110) der elektrischen Heizeinrichtung mit einer vorbestimmten elektrischen Heizleistung, (b) Messen einer Erhöhung (120) der Temperatur des Kraftstoffs als Folge der Heizleistung, und (c) Bestimmen (130) der durch den Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff basierend auf der beaufschlagten elektrischen Heizleistung und der gemessenen Erhöhung der Temperatur. Es wird ferner ein Verfahren zum Gleichstellen der Kraftstoffzuführung an zumindest zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei das vorstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff angewendet wird. Außerdem wird eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogram zum Durchführen der genannten Verfahren beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum oder einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff, wobei der Kraftstoffinjektor eine elektrische Heizeinrichtung zum Erwärmen des Kraftstoffs und eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen der Temperatur des erwärmten Kraftstoffs aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Gleichstellen der Kraftstoffzuführung an zumindest zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine, wobei das vorstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff angewendet wird. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Motorsteuerung sowie ein Computerprogram zum Durchführen der genannten Verfahren.
Die Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum von Brennkraftmaschinen erfolgt typischerweise mittels Einspritzventilen, welche auch als Kraftstoffinjektoren bezeichnet werden. Am Eingang der Kraftstoffinjektoren wird der einzuspritzende Kraftstoff mittels einer Pumpe mit einem erhöhten Druck vorgehalten. Die Zumessung der Kraftstoffmenge erfolgt in bekannter Weise über die Zeitdauer der Öffnung des Kraftstoffinjektors. Eine übergeordnete Regelung in einer Motorsteuervorrichtung bestimmt diese Öffnungsdauer und damit die dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessene Kraftstoffmenge dergestalt, dass zusammen mit der durch eine Drosselklappe einströmenden Luftmasse in dem jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine ein stöchiometrisches Gemisch aus Luft und Kraftstoff-(Gas) entsteht. Nur bei einer vollständigen Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes ohne einen Kraftstoffoder Sauerstoffüberschuss kann das durch die Verbrennung entstehende Abgas in einem nachfolgenden Katalysator von Schadstoffen befreit werden.
Diese übergeordnete Regelung sorgt zwar für eine korrekte Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Gesamtheit der Zylinder der Brennkraftmaschine, die übergeordnete Regelung kann jedoch keine zylinderindividuellen Unterschiede bei der Kraftstoffzumessung kompensieren oder ausregeln, so dass keine sog. Gleichstellung der Verbrennungen in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine möglich ist. Solche Unterschiede können beispielsweise durch individuell unterschiedliche Öffnungs- und Schließzeiten der Kraftstoffinjektoren und/oder durch Unterschiede in der Kraftstoffdurchflussrate durch die Kraftstoffinjektoren entstehen. Derartige fertigungsbedingten Schwankungen der Kraftstoffinjektoren lassen sich zwar bei einer genauen Kontrolle der Fertigung eingrenzen, sie sind jedoch prinzipiell nicht zu vermeiden.
Ein bekanntes Verfahren zur Gleichstellung der Kraftstoffzumessung besteht darin, mittels einer speziellen Sauerstoffsonde (sog. lineare Lambdasonde) das Abgas jeden einzelnen Zylinders zu messen und – basierend darauf – die Öffnungs- und Schließzeiten der Kraftstoffinjektoren individuell zu adaptieren. Eine derartige lineare Lambdasonde kann im Gegensatz zu der weit verbreiteten Sprung-Lambdasonde die Konzentration des Restsauerstoffs im Abgas in einem weiten Bereich messen. Das Ausgangssignal der Sprung-Lambdasonde hingegen hat im Bereich der stöchiometrischen Verbrennung ein annähernd digitales Verhalten von einem hohem zu einem niedrigen Spannungsniveau. Das bekannte Verfahren zur Gleichstellung der Kraftstoffzumessung ist allerdings wegen der benötigten speziellen Sauerstoffsonde und einer zusätzlich erforderlichen Mess- und Regeleinrichtung aufwendig und sehr teuer.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit der ein Kraftstoffdurchfluss durch einen Kraftstoffinjektor individuell bestimmt werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein einfach durchzuführendes Verfahren zum Gleichstellen der Kraftstoffzuführung an zumindest zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine anzugeben.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der Motorsteuerung sowie dem Computerprogramm, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff beschrieben, wobei der Kraftstoffinjektor eine elektrische Heizeinrichtung zum Erwärmen des Kraftstoffs und eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen der Temperatur des erwärmten Kraftstoffs aufweist. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Beaufschlagen der elektrischen Heizeinrichtung mit einer vorbestimmten elektrischen Heizleistung, (b) Messen einer Erhöhung der Temperatur des Kraftstoffs als Folge der Heizleistung, und (c) Bestimmen der durch den Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff basierend auf der beaufschlagten elektrischen Heizleistung und der gemessenen Erhöhung der Temperatur.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Kraftstoff, welcher durch den Kraftstoffinjektor strömt, von der Heizeinrichtung thermische Energie aufnimmt und damit die Temperatur des Kraftstoffs steigt. Dabei kann selbstverständlich von einer größeren Kraftstoffmenge infolge einer größeren Wärmekapazität eine größere Wärmemenge aufgenommen werden als von einer kleineren Kraftstoffmenge mit einer kleineren Wärmekapazität. Anders ausgedrückt, bei einer bestimmten vorgegebenen Wärmemenge wird eine kleinere Kraftstoffmenge stärker erwärmt als eine größere Kraftstoffmenge. Dynamisch betrachtet wird bei einer vorgegebenen Heizleistung (d.h. Wärmemenge pro Zeit) ein stärkerer Massenstrom (d.h. Kraftstoffmasse, die pro Zeiteinheit durch den Kraftstoffinjektor fließt) weniger stark erwärmt als ein schwächerer Massenstrom. Wenn man nun also die Heizleistung und die Temperaturerhöhung des durch den Kraftstoffinjektor (in gepulster Form) strömenden Kraftstoffs kennt, dann kann man unter Berücksichtigung der spezifischen Wärmekapazität des Kraftstoffs den Massenstrom an Kraftstoff unter Verwendung von folgender Formel (1) bestimmen: P = c_p·ΔT·ṁ (1)
Dabei ist P die elektrische Heizleistung in der Einheit Watt. Die elektrische Heizleistung kann z.B. 200W betragen.
Der Parameter c_P steht für die spezifische Wärmekapazität des verwendeten Kraftstoffes. Die Einheit von c_P ist Ws/(kg∙K). Für den Kraftstoff Ethanol gilt beispielsweise c_{P_Ethanol} = 2430 Ws/(kg∙K).
ΔT ist die Temperaturdifferenz des Kraftstoffs zwischen dem Vorlauf zu dem Kraftstoffinjektor und dem Austritt des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffinjektor. Die Einheit von ΔT ist Kelvin. Die Temperaturdifferenz ΔT kann in der Praxis z.B. 75K betragen.
ṁ oder dm/dt ist der Massenstrom des durch den Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoffs. Die Einheit des Kraftstoff-Massenstroms ist kg/s. Der Kraftstoff-Massenstrom kann z.B. 0,001kg/s oder 1g/s betragen.
Die Heizleistung P kann mittels einer ohmschen Heizung und/oder mittels einer induktiven Heizung an den in dem Kraftstoffinjektor befindlichen Kraftstoff übergeben werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass diese Gleichung nur für den Fall eines eingeschwungenen Zustandes gilt. Wenn also beispielsweise kurz nach dem Beginn des Betriebs der Brennkraftmaschine die Heizleistung nicht nur zur Erwärmung des Kraftstoffes sondern auch zur Erwärmung des Kraftstoffinjektors verwendet wird, dann kann Gleichung (1) zur Bestimmung des Kraftstoff-Massenstroms nicht verwendet werden. Wenn allerdings im eingeschwungenen Zustand die Betriebstemperatur des Kraftstoffinjektors erreicht ist, dann wird die Heizleistung zumindest annähernd nur zum Aufwärmen des durch den Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoffes verwendet und mit der Gleichung (1) kann der Kraftstoff-Massenstrom in sehr guter Näherung beschriebenen werden.
An dieser Stelle wird ferner darauf hingewiesen, dass eine gute thermische Entkopplung zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Brennkraftmaschine dazu beitragen kann, dass der thermische Gleichgewichtszustand des Kraftstoffinjektors schnell erreicht wird. Der Kraftstoffinjektor ist demzufolge bevorzugt ein mittels einer thermisch gut isolierenden Halterung, insbesondere einer Kunststoffhalterung, an der Innenwand eines Luftansaugtrakts der Brennkraftmaschine angebracht.
Das beschriebene Verfahren kann auf besonders vorteilhafte Weise bei Ottomotoren eingesetzt werden, die mit einem Kraftstoff betrieben werden, welcher einen hohen Anteil an Bioethanol hat. Für Ottomotoren, die auch mit Bioethanol betrieben werden sollen (sog. FlexFuel Fahrzeuge), wurde nämlich ein System zur Kraftstoffheizung entwickelt, das auch bei niedrigen Temperaturen einen sicheren Start gewährleisten soll. Hierbei wird, wie beispielsweise in der DE 10 2011 085 082 B3 beschrieben, mittels eines ohmschen oder induktiven Wirkprinzips ein metallischer Körper des Kraftstoffinjektors erhitzt, was wiederum zu einer Erwärmung des durchfließenden Kraftstoffes führt. Der Betrieb dieses Heizsystems erfolgt durch eine auf einem Mikroprozessor basierende Regelung, wobei sowohl die der elektrischen Heizeinrichtung zugeführte Leistung als auch die daraus resultierende Temperaturerhöhung für jeden Kraftstoffinjektor individuell erfasst wird. Die Kenntnis der erreichten Temperaturerhöhung und der eingespeisten Heizleistung erlaubt unter Verwendung der Gleichung (1) die Bestimmung des Kraftstoff-Massenstromes durch den Kraftstoffinjektor.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Messen der Erhöhung der Temperatur des Kraftstoffs mittels der elektrischen Heizeinrichtung. Dies hat den Vorteil, dass zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens keine in dem Kraftstoffinjektor integrierte separate Temperaturmesseinrichtung erforderlich ist. Vielmehr kann das hier beschriebene Verfahren mit bekannten Kraftstoffinjektoren durchgeführt werden, welche allerdings die vorstehend beschriebene Heizeinrichtung aufweisen müssen.
Die Heizeinrichtung kann beispielsweise einen ohmsch resistiven Leiter aufweisen, welcher auf der einen Seite zum ohmschen oder ggf. zum induktiven Heizen des durch den Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoffs verwendet wird und welcher auf der anderen Seite eine Temperatur-Messsonde darstellt, deren ohmscher Widerstand von ihrer Temperatur und damit von der Menge an thermischer Energie abhängt, die pro Zeiteinheit an den durch den Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoff abgegeben werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Gleichstellen der Kraftstoffzuführung an zumindest zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine beschrieben. Dieses Verfahren weist auf (a) ein Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens für jeden der jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Kraftstoffinjektoren, und (b) ein Angleichen der Kraftstoffzuführung basierend auf den bestimmten Mengen an Kraftstoff.
Dem beschriebenen Zylinder-Gleichstellungsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Unterschiede hinsichtlich der Kraftstoffmassenzuführung zwischen verschiedenen Zylindern mit dem vorstehen beschriebenen Verfahren während des Betriebs der Brennkraftmaschine bestimmt und basierend auf dieser Bestimmung zumindest teilweise kompensiert werden können.
Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass auf effektive Weise basierend auf Informationen von bereits im Kraftfahrzeug verfügbaren Funktionseinrichtungen Unterschiede der Kraftstoffmassenzumessung von Kraftstoffinjektoren erkannt werden können und durch eine geeignete Ansteuerung eines Kraftstoff-Einspritzsystems diese Unterschiede zumindest teilweise kompensiert werden können. Ein wesentlicher Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass auf eine Verwendung der ansonsten erforderlichen und sehr teuren linearen Lambdasonden verzichtet werden kann. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Unterschiede der Kraftstoffmassenzumessung können im Anschluss zur Verbesserung der Zylindergleichstellung genutzt werden. Dies erlaubt sowohl eine Verbesserung der Laufruhe des Motors als auch eine Verringerung der Schadstoffrohemissionen. Geringere Schadstoffrohemissionen wiederum ermöglichen eine Verringerung der Speicherkapazität des Katalysators, so dass die Verwendung eines kleineren und damit kostengünstigeren Katalysators möglich wird.
Die genannte Brennkraftmaschine kann insbesondere ein Ottomotor sein, bei dem das in einen Brennraum eingebrachte Kraftstoff-Luftgemisch beispielsweise mittels einer Zündkerze fremdgezündet wird. Allerdings kann das beschriebene Verfahren auch mit einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem Dieselmotor, ausgeführt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Angleichen der Kraftstoffzuführung ein Adaptieren der Öffnungsund/oder Schließzeiten des betreffenden Kraftstoffinjektors auf.
Die Adaptierung der Ansteuerzeiten von zumindest einigen der Kraftstoffinjektoren hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise der Kraftstoff-Massenstrom durch den betreffenden Kraftstoffinjektor auf einen gewissen Wert eingestellt werden kann, welcher zu einer Gleichstellung der Kraftstoffzuführung durch die verschiedenen Kraftstoffinjektoren führt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Ermitteln der vorbestimmten elektrischen Heizleistung für jeden Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine auf, so dass eine thermische Heizleistung, welche bei einem bestimmten Kraftstoff-Massenstrom durch den betreffenden Kraftstoffinjektor auf den durch den Kraftstoffinjektor durchströmenden Kraftstoff transferiert wird, für alle Kraftstoffinjektoren gleich ist.
Durch das hier beschriebene Bestimmen der für jeden Kraftstoffinjektor vorbestimmten elektrischen Heizleistung, können statistische und/oder dynamische Schwankungen bzw. Eigenschaften des Energietransfers von der betreffenden Heizeinrichtung zu dem durch den betreffenden Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoff sowie Verluste durch eine Abgabe von thermischer Energie an die Umgebung ermittelt und durch eine geeignete Wahl der jeweiligen vorbestimmten elektrischen Heizleistung kompensiert werden. Um diese Einflüsse auf den thermischen Energie- bzw. Leistungstransfer von der betreffenden Heizeinrichtung auf den durch den Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoff zu bestimmen, sind auf vorteilhafte Weise keinerlei apparative Zusatzaufwendungen erforderlich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln der vorbestimmten elektrischen Heizleistung für jeden Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine auf (a) ein Schließen des Kraftstoffinjektors, (b) ein Messen der Temperatur des in dem Kraftstoffinjektor befindlichen Kraftstoffs, (c) ein Zuführen, bei geschlossenem Kraftstoffinjektor, einer vorgegebenen Test-Heizleistung bis die gemessene Temperatur des in dem Kraftstoffinjektor befindlichen Kraftstoffs eine vorgegebene Solltemperatur erreicht hat, (d) ein Messen der Zeitdauer, welche erforderlich war, um bei der vorgegebenen Test-Heizleistung die vorgegebene Solltemperatur zu erreichen, und (e) ein Ermitteln der vorbestimmten elektrischen Heizleistung basierend auf der gemessenen Zeitdauer.
Mit der hier beschriebenen Prozedur zum Ermitteln der für jeden Kraftstoffinjektor individuellen vorbestimmten elektrischen Heizleistung kann auf einfache und effektive Weise ein Abgleich zwischen den Heizeinrichtungen durchgeführt werden, welche unterschiedlichen Kraftstoffinjektoren zugeordnet sind. Dabei bestimmt die jeweils gemessene Zeitdauer die vorbestimmte elektrische Heizleistung derart, dass für einen Kraftstoffinjektor, bei dem eine längere Zeitdauer erforderlich ist, um den Kraftstoffinjektor bzw. den in dem Kraftstoffinjektor befindlichen Kraftstoff auf die vorgegebene Solltemperatur zu bringen, die vorbestimmte elektrische Heizleistung auf einen größeren Wert angehoben werden muss als für einen Kraftstoffinjektor, bei dem diese Zeitdauer kürzer ist. Auf diese Weise können unterschiedliche thermische Effizienzen der verschiedenen Heizeinrichtungen bzgl. der Aufheizung des Kraftstoffinjektors bzw. des in dem Kraftstoffinjektor befindlichen Kraftstoffs, sowie Ungenauigkeiten der Leistungsmesseinrichtung kompensiert oder abgeglichen werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Ermitteln der vorbestimmten elektrischen Heizleistung für jeden Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine zu einem Zeitpunkt durchgeführt, nachdem die Brennkraftmaschine für zumindest eine bestimmte Ruhezeit nicht in Betrieb war.
Das Ermitteln der jeweiligen vorbestimmten elektrischen Heizleistung nach einer gewissen Mindest-Stillstandzeit der Brennkraftmaschine hat den Vorteil, dass dann davon ausgegangen werden kann, dass die gesamte Brennkraftmaschine soweit abgekühlt ist, dass die Temperatur des Kraftstoffs, welcher sich zu Beginn der Zuführung der Test-Heizleistung in dem geschlossenen Kraftstoffinjektor befindet, gleich der Öltemperatur der Brennkraftmaschine ist. Damit kann durch eine einfache Messung der Öltemperatur, welche typischerweise mit einem ohnehin bei fast allen Kraftfahrzeugen vorhandenen Öltemperaturmessvorrichtung erfolgen kann, die Temperatur des Kraftstoffs gemessen werden, welcher sich zu Beginn der Zuführung der Test-Heizleistung in dem geschlossenen Kraftstoffinjektor befindet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die vorgegebene Test-Heizleistung auf einen bestimmten Wert geregelt. Damit kann auf einfache Weise die für jeden Kraftstoffinjektor individuell vorbestimmte elektrische Heizleistung mit einer besonders hohen Genauigkeit ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Diese Motorsteuerung ist derart eingerichtet, dass das vorstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff und/oder das ebenfalls vorstehend beschriebene Verfahren zum Gleichstellen der Kraftstoffzuführung an zumindest zwei Zylinder der Brennkraftmaschine ausführbar ist.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene Motorsteuerung auch mit anderen Komponenten der Brennkraftmaschine bzw. eines Kraftfahrzeugs zusammenwirken kann, um einige Verfahrensschritte der hier beschriebenen Verfahren auszuführen. So kann die Motorsteuerung beispielsweise mit einer Endstufe zum Beaufschlagen der elektrischen Heizeinrichtung mit einer vorbestimmten elektrischen Heizleistung und/oder mit einer Temperaturmesseinrichtung zum Messen der Erhöhung der Temperatur des Kraftstoffs als Folge der Heizleistung zusammenwirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff beschrieben. Das Computerprogram ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen von einem der vorstehend beschriebenen Verfahren eingerichtet.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher oder Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. mittels einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder auch in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
1 illustriert gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff.
2 illustriert in Form eines Flussdiagramms für einen Vierzylindermotor eine Prozedur zur Normierung der vorbestimmten elektrischen Heizleistung für vier jeweils einem Kraftstoffinjektor zugeordnete elektrische Heizeinrichtungen.
3 illustriert in Form eines Flussdiagramms für einen Vierzylindermotor ein Verfahren zum Ermitteln der für eine Zylindergleichstellung erforderlichen Korrekturwerte für die Kraftstoffzumessung für jeden einzelnen Zylinder.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
1 illustriert gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff. Dabei wird ein Kraftstoffinjektor verwendet, der eine elektrische Heizeinrichtung zum Erwärmen des Kraftstoffs und eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen der Temperatur des erwärmten Kraftstoffs aufweist.
In einem ersten Schritt 110 des hier beschriebenen Verfahrens wird die elektrische Heizeinrichtung mit einer vorbestimmten elektrischen Heizleistung beaufschlagt. Als Folge davon gibt die elektrische Heizeinrichtung Wärme an den durch den Kraftstoffinjektor fließenden Massenstrom von Kraftstoff ab.
In einem zweiten Schritt 120 wird die Temperaturerhöhung des Kraftstoffmassenstroms gemessen, welche auf der elektrischen Heizleistung basiert.
In einem dritten Schritt 130 wird die durch den Kraftstoffinjektor fließenden Menge bzw. der Massenstrom an Kraftstoff basierend auf der beaufschlagten elektrischen Heizleistung und der gemessenen Erhöhung der Temperatur bestimmt. Dazu wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die vorstehend bereits angegebene Formel (1) verwendet: P = c_p·ΔT·ṁ (1)
Hierbei sind:

– P[W] die Heizleistung von z.B. 200 Watt
– c_p[ Ws / kg·K] die spezifische Wärmekapazität des Kraftstoffes
– ΔT [K] die Temperaturdifferenz im Kraftstoff zwischen Vorlauf und Ablauf der elektrischem Heizeinrichtung bzw. des elektrischen Heizers (z.B. 75 K)
– ṁ[ kg / s] der Massenstrom des Kraftstoffes (z.B. 0,001kg/s oder 1g/s)

Die für jeden Kraftstoffinjektor beobachteten Unterschiede des Massen/Volumenstromes in Bezug zu den anderen Kraftstoffinjektoren können anschließend zur Verbesserung der Genauigkeit der Zumessung durch Adaptierung der einzelnen Ansteuerzeiten eines Solenoidventils des Kraftstoffinjektors genutzt werden.
Zu beachten ist, dass die Temperatur des Heizers und die Leistung des Heizers noch kein unmittelbares Maß für den Massenstrom durch den betreffenden Kraftstoffinjektor sind. Zur dessen Ermittlung werden zusätzliche Informationen, wie etwa die Kraftstoff-Vorlauftemperatur, statische und dynamische Eigenschaften der Energietransfers vom Heizer zum Kraftstoff, sowie Verluste durch eine niemals ganz zu vermeidende Energieabgabe an die Umgebung benötigt. Hierfür sind jedoch keinerlei Zusatzaufwendungen erforderlich.
Nach längerer Stillstandzeit der Brennkraftmaschine bzw. des dazugehörigen Fahrzeuges gleichen sich die Öltemperatur und die Kraftstofftemperatur soweit an, dass der Wert der Öltemperatur als Kraftstoff-Vorlauftemperatur verwendet werden kann.
Der Mechanismus des Energietransfers vom Heizer zum Kraftstoff ist sehr stabil, so dass in der Praxis eine Ermittlung während einer Entwicklungsphase ausreicht, um ein hinreichend genaues Verhaltensmodell des thermischen Energietransfers von dem Heizer bzw. der Heizeinrichtung zu dem durch den Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoff zu erzeugen. Dieses Modell, welches in diesem Dokument auch kurz Heizermodell genannt wird, kann dann im Fahrzeug zur exakten Bestimmung von Kraftstofftemperatur und der eingetragenen Heizleistung verwendet werden.
Darüber hinaus kann die erste Aufheizphase nach einer längeren Stillstandzeit der Brennkraftmaschine zum Abgleich der verschiedenen jeweils einem Kraftstoffinjektor zugeordneten Heizers genutzt werden.
Gemäß dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel wird in dieser Aufheizphase – bei geschlossenem Kraftstoffinjektor – dem Heizer solange eine vorgegebene, geregelte Heizleistung P_stell1...4 zugeführt, bis eine Solltemperatur erreicht ist. Die Beobachtung der einzelnen Zeitdauern bis zum Erreichen der Solltemperatur erlaubt einen Vergleich zwischen den verschiedenen Heizern. E_stell1...4 = t_1...4·P_stell1...4 (2)
In der Gleichung (2) gilt:

– E_stell1...4[Ws] = Stellwert der Energie der Heizer 1...4
– t_1...4[s] = Anheizzeitdauer der Heizer 1...4
– P_stell1...4[W] = Stellwert der Leistung der Heizer 1...4

Die (thermischen) Massen von Heizer/Kraftstoffinjektor und dem im Kraftstoffinjektor befindlichen Kraftstoff schwanken nur minimal. Ebenso erfolgt die Erfassung der Temperaturänderung bei allen Heizern durch gleichartige Beobachtungspfade, so dass auch hierbei kaum Unterschiede zu beobachten sind. E_calc1...4 = ΔT₁·(c_p1·m₁ + c_p2·m₂) = const (3)
In der Gleichung (3) gilt:

– E_calc1...4[Ws] = Rechnerischer Istwert der Energie der Heizer 1...4
– c_p1[ Ws / kg·K] = spezifische Wärmekapazität des Kraftstoffes (z.B. Ethanol)
– cp2[ Ws / kg·K] = spezifische Wärmekapazität des Kraftstoffinjektors (im Wesentlichen Stahl)
– ΔT₁[K] = Temperaturdifferenz während des Anheizprozesses
– m₁[kg] = Masse des Kraftstoffes im Kraftstoffinjektor
– m₂[kg] = Masse des Körpers des Kraftstoffinjektors

Dementsprechend sollten die Anheizzeitdauern t₁, t₂, t₃, t₄, der einzelnen Kraftstoffinjektoren eigentlich identisch sein. Tatsächlich differieren diese Anheizzeitdauern t_1...4 in der Praxis aber deutlich, was im Wesentlichen auf Unterschiede bei der tatsächlich am Heizer anliegenden Heizleistung zurückzuführen ist.
Aus den gemessenen Anheizzeitdauern t_1...4 lässt sich ein Mittelwert t_avg der einzelnen Anheizzeitdauern t_1...4 bestimmen. Die Abweichungen vom Mittelwert t_avg erlauben es dann, im Rahmen einer Normierung die tatsächliche Heizleistung der Heizer der einzelnen Kraftstoffinjektoren – bezogen auf einen Mittelwert – zu bestimmen.
Diese normierten Heizleistungen können nun zur genaueren Ermittlung der unterschiedlichen Kraftstoff-Massenströme (und damit der Volumenströme) durch den Kraftstoffinjektor herangezogen werden. P_norm1...4 = c_p·ΔT·ṁ_1...4 (6)
2 illustriert in Form eines Flussdiagramms für einen Vierzylindermotor eine Prozedur zur Normierung der vorbestimmten elektrischen Heizleistung für vier jeweils einem Kraftstoffinjektor zugeordnete elektrische Heizeinrichtungen. Bei dieser Normierungsprozedur wird vor dem Start der Brennkraftmaschine (BKM) für jeden Kraftstoffinjektor bei geschlossenem Kraftstoffinjektor der entsprechende Heizer mit einer vorgegebenen Test-Heizleistung betrieben und diejenige Zeitdauer (Aufheizzeit) bestimmt, bis eine vorgegebene Solltemperatur erreicht ist. Aus den bestimmten Aufheizzeitdauern wird eine mittlere Aufheizzeitdauer t_avg bestimmt. Danach wird für jeden Heizer unter Verwendung von Gleichung (5) basierend auf der mittlere Aufheizzeitdauer t_avg, der zuvor gemessenen Aufheizzeitdauer t_1...4 und der beim Aufheizvorgang verwendeten vorgegebenen, geregelte Heizleistung P_stell1...4 die normierte Heizleistung P_1...4norm berechnet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die unterste Zeile des in 2 illustrierten Flussdiagramms in der Praxis in Form einer iterativen Optimierung wiederholt durchlaufen werden kann.
3 illustriert in Form eines Flussdiagramms für einen Vierzylindermotor ein Verfahren zum Ermitteln der für eine Zylindergleichstellung erforderlichen Korrekturwerte für die Kraftstoffzumessung für jeden einzelnen Zylinder. Hierbei wird nach dem Start der Brennkraftmaschine (BKM) der Heizer von jedem der Kraftstoffinjektoren mit der zuvor berechneten normierten Heizleistung P_1...4norm betrieben. Basierend auf einer Kenntnis der Kraftstoff-Vorlauftemperatur T_in wird dann durch die Temperaturmessfunktionalität des jeweiligen Heizers die durch den Heizvorgang bewirkte Temperaturerhöhung ∆T des durch den
Kraftstoffinjektor strömenden Kraftstoffs bestimmt. Basierend auf dieser für jeden Kraftstoffinjektor individuell bestimmten Temperaturerhöhung ∆T wird unter Berücksichtigung von Gleichung (6) der Massenstrom dm/dt an Kraftstoff bestimmt, der durch den betreffenden Kraftstoffinjektor strömt.
Danach wird aus den einzelnen Kraftstoff-Massenströmen dm_1...4/dt ein mittlerer Kraftstoff-Massenstrom dm_1...4avg/dt berechnet. Basierend auf den einzelnen Kraftstoff-Massenströmen dm_1...4/dt und dem berechneten mittleren Kraftstoff-Massenstrom dm_1...4avg/dt wird dann für jeden Kraftstoffinjektor ein Korrekturwert dm_{1...4_corr}/dt bestimmt. Dieser Korrekturwert dm_{1...4_corr}/dt wird dann dazu verwendet, um die einzelnen Kraftstoffinjektoren modifiziert anzusteuern (insbesondere durch eine Adaption der Öffnungs- und/oder Schließzeiten des betreffenden Kraftstoffinjektors), so dass die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine hinsichtlich ihrer zugeführten Kraftstoffmasse zumindest annähern gleich gestellt sind.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die in 3 illustrierte Mengenkorrektur in der Praxis bevorzugt in Form einer sich ständig wiederholenden Regelschleife erfolgen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011085082 B3 [0016]

Claims

Verfahren zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff, wobei der Kraftstoffinjektor eine elektrische Heizeinrichtung zum Erwärmen des Kraftstoffs und eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen der Temperatur des erwärmten Kraftstoffs aufweist, das Verfahren aufweisend Beaufschlagen (110) der elektrischen Heizeinrichtung mit einer vorbestimmten elektrischen Heizleistung, Messen einer Erhöhung (120) der Temperatur des Kraftstoffs als Folge der Heizleistung, und Bestimmen (130) der durch den Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff basierend auf der beaufschlagten elektrischen Heizleistung und der gemessenen Erhöhung der Temperatur.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Messen der Erhöhung der Temperatur des Kraftstoffs mittels der elektrischen Heizeinrichtung erfolgt.
Verfahren zum Gleichstellen der Kraftstoffzuführung an zumindest zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine, das Verfahren aufweisend Durchführen des Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 2 für jeden der jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneten Kraftstoffinjektoren, und Angleichen der Kraftstoffzuführung basierend auf den bestimmten Mengen an Kraftstoff.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Angleichen der Kraftstoffzuführung aufweist ein Adaptieren der Öffnungs- und/oder Schließzeiten des betreffenden Kraftstoffinjektors.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend Ermitteln der vorbestimmten elektrischen Heizleistung für jeden Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine, so dass eine thermische Heizleistung, welche bei einem bestimmten Kraftstoff-Massenstrom durch den betreffenden Kraftstoffinjektor auf den durch den Kraftstoffinjektor durchströmenden Kraftstoff transferiert wird, für alle Kraftstoffinjektoren gleich ist.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Ermitteln der vorbestimmten elektrischen Heizleistung für jeden Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine aufweist Schließen des Kraftstoffinjektors, Messen der Temperatur des in dem Kraftstoffinjektor befindlichen Kraftstoffs, Zuführen, bei geschlossenem Kraftstoffinjektor, einer vorgegebenen Test-Heizleistung bis die gemessene Temperatur des in dem Kraftstoffinjektor befindlichen Kraftstoffs eine vorgegebene Solltemperatur erreicht hat, Messen der Zeitdauer, welche erforderlich war, um bei der vorgegebenen Test-Heizleistung die vorgegebene Solltemperatur zu erreichen, und Ermitteln der vorbestimmten elektrischen Heizleistung basierend auf der gemessenen Zeitdauer.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Ermitteln der vorbestimmten elektrischen Heizleistung für jeden Kraftstoffinjektor der Brennkraftmaschine zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, nachdem die Brennkraftmaschine für zumindest eine bestimmte Ruhezeit nicht in Betrieb war.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 7, wobei die vorgegebene Test-Heizleistung auf einen bestimmten Wert geregelt wird.
Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine, welche Motorsteuerung derart eingerichtet ist, dass das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2 zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff und/oder das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8 zum Gleichstellen der Kraftstoffzuführung an zumindest zwei Zylinder der Brennkraftmaschine ausführbar ist.
Computerprogramm zum Bestimmen der durch einen Kraftstoffinjektor fließenden Menge an Kraftstoff, wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.